一种小孔加工位置偏差补偿方法与流程

1.本发明属于发动机涡轮导向叶片上气膜孔加工技术领域，具体涉及一种小孔加工位置偏差补偿方法。


背景技术：

2.在航空发动机涡轮导向叶片上分布着许多的用于冷却作用的小孔，这些工件上的小孔多采用电火花小孔加工工艺进行加工；由于上述需进行电火花小孔加工的工件表面多为铸件型面，存在较大的铸造误差；在电火花加工小孔前，一般先通过机械加工在铸件上加工出定位基准，然后将工件通过定位基准定位安装在机床上，通过找正和对刀，使机床的工件坐标和编程的理论坐标重合，然后运行程序，进行加工；该方法需要工件待加工孔的表面和定位基准的相对实际位置和理论位置无偏差或偏差较小，否则加工的小孔在铸件表面的真实位置会与理论位置出现较大偏差。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种小孔加工位置偏差补偿方法，能够通过探测选取的特征点的实际位置，获得特征点实际位置和理论位置的偏差值，再使用偏差值利用补偿算法对小孔加工位置进行补偿修正。
4.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种小孔加工位置偏差补偿方法，所述方法如下：
5.步骤一：选择机床：使用的机床是五轴电火花小孔机，机床坐标定义如下：x，y，z为直线轴，b，c为旋转轴，其中，x，y，z轴符合空间笛卡尔坐标，b轴绕y轴，c轴搭载在b轴上，当b轴在零位时，c轴的回转轴线与z轴平行，工作台搭载在c轴上；
6.步骤二：测量机床b轴回转中心在xz平面的投影坐标；
7.步骤三：装夹工件：将工件安装在机床工作台上，通过旋转c轴，找正工件回转中心与c轴回转中心同心后，夹紧工件；
8.步骤四：设置机床工作坐标零位；
9.步骤五：建立零件数模局部坐标系，将气膜孔的位置根据分布位置划分为不同的区域，在零件的数学模型上，通过确定原点、z轴方向和x轴方向的方法在每一个区域建立局部坐标系，其中，在上述轮廓线上选取一点为坐标原点，z轴方向竖直向上，x方向为上述投影矢量的方向；
10.步骤六：采集气膜孔的理论数据，在零件数模上作气膜孔的加工矢量，其中矢量点位气膜孔轴线与零件表面的交点，矢量方向为气膜孔的轴线方向，从零件表面指向零件内部；采集到气膜孔加工矢量的理论数据，数据包含加工矢量在上述局部坐标系中的的点位坐标和方向坐标；
11.步骤七：寻找上述局部坐标点的原点在机床工件坐标系下零件表面的实际位置：通过包括但不限于探测、刻线、目视、换算等方法，在机床真实零件上标定上述数模局部坐
标系原点的位置，获取上述数模局部坐标原点在工件坐标系中的坐标值；
12.步骤八：根据上述机床b轴回转中心在xz平面的投影坐标、气膜孔加工矢量在上述局部坐标系中的的点位坐标和方向坐标、数模局部坐标原点在工件坐标系中的坐标值数据通过计算即可获取气膜孔在机床上的实际加工点位坐标；
13.步骤九：移动机床使加工电极管处于实际加工点位位置，进行加工。
14.作为本发明的一种优选的技术方案，所述步骤二中，具体操作如下：
15.旋转b轴，使工作台平面处于水平位置时，b轴清零；
16.移动x轴、y轴，使机床加工电极管回转中心与c轴回转中心重合，x轴、y轴清零；
17.面向y+方向，逆时针旋转b轴90
°
使工作台处于竖直位置，移动x轴，使电极管侧壁接触工作台面，记录机床x轴的坐标值；
18.面向y+方向，顺时针旋转b轴90
°
使工作台处于竖直位置，移动x轴，使电极管侧壁接触工作台面，记录机床x轴的坐标值；
19.测量出电极管的直径d；
20.通过计算，即可获取b轴回转中心在xz平面的投影坐标。
21.作为本发明的一种优选的技术方案，所述步骤四中，具体操作如下：
22.b轴零位-b通过旋转b轴，找正机床工作台面与水平面平行，b轴坐标清零；
23.x轴、y轴零位-当b轴处于零位时，机床加工电极管回转中心与c轴回转中心重合时，x轴、y轴坐标清零；
24.z轴零位-当b轴处于零位时，机床加工电极管尖端接触到工作台面时，z轴坐标清零；
25.c轴零位-在工件的数学模型上作出叶片型面沿z轴负向的最大轮廓线；在轮廓线向选取两处特征点，并连线，作出叶形趋势矢量；通过探测、刻线、目视、换算方法，使机床电极分别定位在上述两处特征点的实际位置，并记录第一处特征点的机床工作坐标，和第二处特征点的机床工作坐标；
26.通过计算，获得实际的叶型趋势矢量方向机床工作坐标系x轴的夹角δc；旋转c轴δc，使上述叶形趋势矢量在水平面的投影矢量的方向，与x轴正向重合时，c轴清零。
27.作为本发明的一种优选的技术方案，还包括监控摄像头，通过监控摄像头对加工过程进行摄像。
28.作为本发明的一种优选的技术方案，还包括与监控摄像头通信连接的处理单元，通过处理单元对摄像数据进行处理。
29.作为本发明的一种优选的技术方案，所述摄像数据进行处理包括平滑滤波、阈值分割、局部提取。
30.作为本发明的一种优选的技术方案，还包括可视化终端，通过终端查看加工数据。
31.作为本发明的一种优选的技术方案，所述可视化终端包括手机和计算机。
32.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
33.对于型面误差较大的工件，在加工小孔时，可先将工件上的小孔根据不同的位置划分为不同的区域，在每一个区域建立区域局部坐标系；在实际加工时，只需要找出每一个区域坐标原点在机床坐标系中的实际位置坐标和叶形趋势矢量，即可对特定区域的小孔位置进行补偿加工，从而适应工件形面误差的变化；
34.通过监控摄像头对加工过程进行摄像；通过平滑滤波、阈值分割、局部提取，提高数据处理的效率。
附图说明
35.图1为本发明的使用的机床结构示意图；
36.图2为本发明的测量机床b轴回转中心在xz平面的投影坐标(xb，zb)图一；
37.图3为本发明的测量机床b轴回转中心在xz平面的投影坐标(xb，zb)图二；
38.图4为本发明的叶型趋势矢量示意图；
39.图5为本发明的机床工件坐标区域局部坐标关系示意图；
40.图6为本发明的方法流程图。
具体实施方式
41.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
42.实施例1
43.请参阅图1-图6，为本发明的第一个实施例，该实施例提供一种小孔加工位置偏差补偿方法，方法如下：
44.步骤一：选择机床：使用的机床是五轴电火花小孔机，机床坐标定义如下：x，y，z为直线轴，b，c为旋转轴，其中，x，y，z轴符合空间笛卡尔坐标，b轴绕y轴，c轴搭载在b轴上，当b轴在零位时，c轴的回转轴线与z轴平行，工作台搭载在c轴上；
45.步骤二：测量机床b轴回转中心在xz平面的投影坐标(xb，zb)；
46.具体操作如下：
47.旋转b轴，使工作台平面处于水平位置时，b轴清零；
48.移动x轴、y轴，使机床加工电极管回转中心与c轴回转中心重合，x轴、y轴清零；
49.面向y+方向，逆时针旋转b轴90
°
使工作台处于竖直位置，移动x轴，使电极管侧壁接触工作台面，记录机床x轴的坐标值；
50.面向y+方向，顺时针旋转b轴90
°
使工作台处于竖直位置，移动x轴，使电极管侧壁接触工作台面，记录机床x轴的坐标值；
51.测量出电极管的直径d；
52.通过计算，即可获取b轴回转中心在xz平面的投影坐标(xb，zb)。
53.计算方法为：
54.xb＝(x1+x2)
÷
2；zb＝(x
1-x2+d)
÷255.步骤三：装夹工件：将工件安装在机床工作台上，通过旋转c轴，找正工件回转中心与c轴回转中心同心后，夹紧工件；
56.步骤四：设置机床工作坐标零位；
57.具体操作如下：
58.b轴零位-b通过旋转b轴，找正机床工作台面与水平面平行，b轴坐标清零；
59.x轴、y轴零位-当b轴处于零位时，机床加工电极管回转中心与c轴回转中心重合时，x轴、y轴坐标清零；
60.z轴零位-当b轴处于零位时，机床加工电极管尖端接触到工作台面时，z轴坐标清零；
61.c轴零位-在工件的数学模型上作出叶片型面沿z轴负向的最大轮廓线；在轮廓线向选取两处特征点，并连线，作出叶形趋势矢量；通过探测、刻线、目视、换算方法，使机床电极分别定位在上述两处特征点的实际位置，并记录第一处特征点的机床工作坐标(tx1，ty1)，和第二处特征点的机床工作坐标(tx2，ty2)；
62.通过计算，获得实际的叶型趋势矢量方向机床工作坐标系x轴的夹角δc；
63.计算方法为：
64.δc＝arctan[(ty
2-ty1)
÷
(tx
2-tx1)]
[0065]
旋转c轴δc，使上述叶形趋势矢量在水平面的投影矢量的方向，与x轴正向重合时，c轴清零；
[0066]
步骤五：建立零件数模局部坐标系，将气膜孔的位置根据分布位置划分为不同的区域，在零件的数学模型上，通过确定原点、z轴方向和x轴方向的方法在每一个区域建立局部坐标系，其中，在上述轮廓线上选取一点为坐标原点，z轴方向竖直向上，x方向为上述投影矢量的方向；
[0067]
步骤六：采集气膜孔的理论数据，在零件数模上作气膜孔的加工矢量，其中矢量点位气膜孔轴线与零件表面的交点，矢量方向为气膜孔的轴线方向，从零件表面指向零件内部；采集到气膜孔加工矢量的理论数据，数据包含加工矢量在上述局部坐标系中的的点位坐标(x0,y0,z0)和方向坐标(i0，j0，k0)；
[0068]
步骤七：寻找上述局部坐标点的原点在机床工件坐标系下零件表面的实际位置：通过包括但不限于探测、刻线、目视、换算等方法，在机床真实零件上标定上述数模局部坐标系原点的位置，获取上述数模局部坐标原点在工件坐标系中的坐标值(δx，δy，δz)；
[0069]
步骤八：根据上述机床b轴回转中心在xz平面的投影坐标(xb，zb)、气膜孔加工矢量在上述局部坐标系中的的点位坐标(x0,y0,z0)和方向坐标(i0，j0，k0)、数模局部坐标原点在工件坐标系中的坐标值(δx，δy，δz)数据通过计算即可获取气膜孔在机床上的实际加工点位坐标(xm，ym，zm，cm，bm)；
[0070]
具体如下：
[0071]
第一步：编程人员获取的每一处气膜孔的xb、zb、δx、δy、δz、x0、y0、z0、i0、j0、k0的数据；
[0072]
其中，不同的机床其xb、zb的值会有差异，同一台机床，其xb、zb的值保持一致；
[0073]
其中，工件不同的气膜孔划分区域δx、δy、δz的值会有差异，同一个气膜孔划分区域δx、δy、δz的值保持一致；
[0074]
第二步：编程人员设置b轴的旋转方向数据m，上述m的设置方法为，朝向y轴正向，b轴逆时针旋转则m设置0，b轴顺时针旋转则m设置1；
[0075]
第三步：计算气膜孔在机床上的实际加工点位坐标(xm，ym，zm，cm，bm)；
[0076]
步骤九：移动机床使加工电极管处于实际加工点位(xm，ym，zm，cm，bm)位置，进行加工。
[0077]
实施例2
[0078]
请参阅图1-图6，为本发明的第二个实施例，该实施例基于上一个实施例，不同的是：
[0079]
还包括监控摄像头，通过监控摄像头对加工过程进行摄像；还包括与监控摄像头通信连接的处理单元，通过处理单元对摄像数据进行处理。
[0080]
本实施例中，优选的，摄像数据进行处理包括平滑滤波、阈值分割、局部提取，提高数据处理的效率。
[0081]
本实施例中，优选的，还包括可视化终端，通过终端查看加工数据，进一步增加使用的便利。
[0082]
本实施例中，优选的，可视化终端包括手机和计算机。
[0083]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，详见上述详尽的描述，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

技术特征：
1.一种小孔加工位置偏差补偿方法，其特征在于：所述方法如下：步骤一：选择机床：使用的机床是五轴电火花小孔机，机床坐标定义如下：x，y，z为直线轴，b，c为旋转轴，其中，x，y，z轴符合空间笛卡尔坐标，b轴绕y轴，c轴搭载在b轴上，当b轴在零位时，c轴的回转轴线与z轴平行，工作台搭载在c轴上；步骤二：测量机床b轴回转中心在xz平面的投影坐标；步骤三：装夹工件：将工件安装在机床工作台上，通过旋转c轴，找正工件回转中心与c轴回转中心同心后，夹紧工件；步骤四：设置机床工作坐标零位；步骤五：建立零件数模局部坐标系，将气膜孔的位置根据分布位置划分为不同的区域，在零件的数学模型上，通过确定原点、z轴方向和x轴方向的方法在每一个区域建立局部坐标系，其中，在上述轮廓线上选取一点为坐标原点，z轴方向竖直向上，x方向为上述投影矢量的方向；步骤六：采集气膜孔的理论数据，在零件数模上作气膜孔的加工矢量，其中矢量点位气膜孔轴线与零件表面的交点，矢量方向为气膜孔的轴线方向，从零件表面指向零件内部；采集到气膜孔加工矢量的理论数据，数据包含加工矢量在上述局部坐标系中的的点位坐标和方向坐标；步骤七：寻找上述局部坐标点的原点在机床工件坐标系下零件表面的实际位置：通过包括但不限于探测、刻线、目视、换算等方法，在机床真实零件上标定上述数模局部坐标系原点的位置，获取上述数模局部坐标原点在工件坐标系中的坐标值；步骤八：根据上述机床b轴回转中心在xz平面的投影坐标、气膜孔加工矢量在上述局部坐标系中的的点位坐标和方向坐标、数模局部坐标原点在工件坐标系中的坐标值数据通过计算即可获取气膜孔在机床上的实际加工点位坐标；步骤九：移动机床使加工电极管处于实际加工点位位置，进行加工。2.根据权利要求1所述的一种小孔加工位置偏差补偿方法，其特征在于：所述步骤二中，具体操作如下：旋转b轴，使工作台平面处于水平位置时，b轴清零；移动x轴、y轴，使机床加工电极管回转中心与c轴回转中心重合，x轴、y轴清零；面向y+方向，逆时针旋转b轴90
°
使工作台处于竖直位置，移动x轴，使电极管侧壁接触工作台面，记录机床x轴的坐标值；面向y+方向，顺时针旋转b轴90
°
使工作台处于竖直位置，移动x轴，使电极管侧壁接触工作台面，记录机床x轴的坐标值；测量出电极管的直径d；通过计算，即可获取b轴回转中心在xz平面的投影坐标。3.根据权利要求1所述的一种小孔加工位置偏差补偿方法，其特征在于：所述步骤四中，具体操作如下：b轴零位-b通过旋转b轴，找正机床工作台面与水平面平行，b轴坐标清零；x轴、y轴零位-当b轴处于零位时，机床加工电极管回转中心与c轴回转中心重合时，x轴、y轴坐标清零；z轴零位-当b轴处于零位时，机床加工电极管尖端接触到工作台面时，z轴坐标清零；
c轴零位-在工件的数学模型上作出叶片型面沿z轴负向的最大轮廓线；在轮廓线向选取两处特征点，并连线，作出叶形趋势矢量；通过探测、刻线、目视、换算方法，使机床电极分别定位在上述两处特征点的实际位置，并记录第一处特征点的机床工作坐标，和第二处特征点的机床工作坐标；通过计算，获得实际的叶型趋势矢量方向机床工作坐标系x轴的夹角δc；旋转c轴δc，使上述叶形趋势矢量在水平面的投影矢量的方向，与x轴正向重合时，c轴清零。4.根据权利要求1所述的一种小孔加工位置偏差补偿方法，其特征在于：还包括监控摄像头，通过监控摄像头对加工过程进行摄像。5.根据权利要求4所述的一种小孔加工位置偏差补偿方法，其特征在于：还包括与监控摄像头通信连接的处理单元，通过处理单元对摄像数据进行处理。6.根据权利要求5所述的一种小孔加工位置偏差补偿方法，其特征在于：所述摄像数据进行处理包括平滑滤波、阈值分割、局部提取。7.根据权利要求1所述的一种小孔加工位置偏差补偿方法，其特征在于：还包括可视化终端，通过终端查看加工数据。8.根据权利要求7所述的一种小孔加工位置偏差补偿方法，其特征在于：所述可视化终端包括手机和计算机。

技术总结
本发明公开了一种小孔加工位置偏差补偿方法，所述方法如下：步骤一：选择机床：使用的机床是五轴电火花小孔机，机床坐标定义如下：X，Y，Z为直线轴，B，C为旋转轴，其中，X，Y，Z轴符合空间笛卡尔坐标，B轴绕Y轴，C轴搭载在B轴上，当B轴在零位时，C轴的回转轴线与Z轴平行，工作台搭载在C轴上；本发明的有益效果是：对于型面误差较大的工件，在加工小孔时，可先将工件上的小孔根据不同的位置划分为不同的区域，在每一个区域建立区域局部坐标系；在实际加工时，只需要找出每一个区域坐标原点在机床坐标系中的实际位置坐标和叶形趋势矢量，即可对特定区域的小孔位置进行补偿加工，从而适应工件形面误差的变化。面误差的变化。面误差的变化。


技术研发人员：王洪 王春喜 严军纪 王南燕 杜云
受保护的技术使用者：西安市群健航空精密制造有限公司
技术研发日：2023.05.12
技术公布日：2023/7/12